JP2002146333A - 光酸発生剤、化学増幅レジスト組成物、およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
光酸発生剤、化学増幅レジスト組成物、およびそれを用いたパターン形成方法Info
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Abstract
に優れ、光反応効率(光酸発生効率)が高い光酸発生
剤、および解像性、パターン側壁の平滑性に優れた化学
増幅レジスト組成物を提供する。 【解決手段】下記一般式(I): 【化1】 で表されるスルホニウム塩化合物と、一般式(II): 【化2】
Description
組成物の感光剤として利用できる光酸発生剤、及び該光
酸発生剤を含有する化学増幅レジスト組成物、前記レジ
スト組成物をパターン形成に利用する方法に関する。
イナミック・ランダム・アクセス・メモリ)などに代表
される高集積回路素子では、一層の高密度、高集積化、
あるいは高速化の要望が高い。それに伴い、各種電子デ
バイス製造分野では、ハーフミクロンオーダーの微細加
工技術の確立、例えば、微細パタ−ン形成のためのフォ
トリソグラフィ−技術開発に対する要求がますます厳し
くなっている。
ーンの微細化を図る手段の一つとして、レジストのパタ
ーン形成の際に使用する露光光の波長を短くする方法が
ある。一般に、光学系の解像度(R)はレイリーの式、
R=k・λ/NA(ここで、λは露光光源の波長、NA
はレンズの開口数、kはプロセスファクター)で表すこ
とができる。パターンの微細化を進めるためには、用い
る光学系をより高解像度とする、すなわち光学系の解像
度Rの値を小さくする必要があり、そのためには、露光
光の波長λを短くする必要がある。
Mの製造では、最小パターン寸法0.22μmライン−
アンド−スペースの解像度が要求されるため、KrFエ
キシマレーザ(波長248nm)が光源として使用され
ている。また、次世代の1ギガビット以上の集積度を持
つDRAMの製造では、加工寸法が0.15μm以下と
なり、さらに微細な加工技術が必要となるため、ArF
エキシマレーザ(193nm)、F2エキシマレーザ
(157nm)などのより短波長の光(遠紫外光、真空
紫外光)の利用が有効、かつ必要となると考えられてい
る。現在では、ArFエキシマレーザリソグラフィが盛
んに研究されている[ドナルド C.ホッファーら、ジ
ャ−ナル・オブ・フォトポリマ−・サイエンス・アンド
・テクノロジ−(Journal of Photop
olymer Science and Techno
logy)、9巻(3号)、387頁〜397頁(19
96年)参照]。
マレーザを用いる場合、これらのレ−ザに利用するガス
の寿命が短いこと、レ−ザ光によるレンズのダメージが
大きいことなどから、露光用レジストの開発に際して
は、加工寸法の微細化に対応する高解像性に加え、高感
度化への要求が高い。
である光酸発生剤を利用する化学増幅型レジストが良く
知られている。現在知られている前記化学増幅型レジス
トの代表的な例として、例えば、特開平2−27660
号公報に記載される、ポリ(p−tert−ブトキシカ
ルボニルオキシ−α−メチルスチレン)と光酸発生剤の
トリフェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアルセナ−
トとの組み合わせからなるレジストなどが挙げられる。
このような化学増幅型レジストは、現在KrFエキシマ
レ−ザ用レジストに広く用いられている[例えば、ヒロ
シ イト−、C.グラントウイルソン、アメリカン・ケ
ミカル・ソサイアテイ・シンポジウム・シリ−ズ、24
2巻、11頁〜23頁(1984年)などを参照]。
り、含有成分である光酸発生剤からプロトン酸が発生
し、このプロトン酸が露光後の加熱処理により、レジス
ト樹脂などと酸触媒反応を起こすことである。この酸触
媒作用を利用することで、化学増幅型レジストは、光反
応効率(一光子あたりの反応)が1未満である従来のレ
ジストに比べて、飛躍的な高感度化を達成している。現
在開発されているレジストの大半は、化学増幅型レジス
トである。
て、ジャーナル・オブ・ジ・オーガニック・ケミストリ
ー(Journal of the Organic
Chemistry)、43巻、15号、3055〜3
058頁(1978年)に記載されているJ.V.クリ
ベロ(J.V.Crivello)らが開発したトリフ
ェニルスルホニウム塩誘導体が挙げられる。
レーザ用化学増幅レジストに用いられる代表的な光酸発
生剤として、トリフェニルスルホニウム塩誘導体が用い
られている[例えば、野崎ら、ジャーナル・オブ・フォ
トポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(Jo
urnal of Photopolymer Sci
ence andTechnology)10巻、4
号、545〜550頁(1997年)、あるいはYam
achikaら、ジャーナル・オブ・フォトポリマー・
サイエンス・アンド・テクノロジー(Journal
of PhotopolymerScience an
d Technology)12巻、4号、553〜5
60頁(1999年)などを参照]。
ホニウム塩誘導体は、220nm以下の光を強く吸収す
るため、光酸発生剤として用いられた場合、レジストの
透明性が低くなり、それに伴い解像性が低下するという
問題を有している[例えば、内藤卓也、第8回光反応・
電子用材料研究会講座、講演要旨集、16〜18頁(1
999年)]。また、ArFエキシマレーザを用いた化
学増幅レジストでは、要求されるパターン寸法が小さい
ため、レジストパターン側壁の平滑性の低下が、パター
ン寸法の均一性に及ぼす影響が大きいものとなる。その
ため、レジストに対してより高いパターン側壁の平滑
性、すなわちパターンエッジラフネスの更なる低減が要
求されている。
れる130〜220nmの波長の露光に対応したレジス
ト材料の開発において、現在研究開発の対象となってい
る技術的課題の一つは、波長220nm以下の紫外光に
対して透明性に優れ、かつ光反応効率(光酸発生効率)
が高い光酸発生剤の開発、及び解像性に優れ、パターン
エッジラフネスが低減された化学増幅レジストの開発で
ある。
であり、本発明の目的は、ArFエキシマレーザに代表
される130〜220nmの波長の露光に対応した化学
増幅型レジスト材料に利用される光酸発生剤、より具体
的には、波長220nm以下の紫外光に対して透明性に
優れ、かつ光反応効率(光酸発生効率)が高い新規な光
酸発生剤を提供することである。また更に、本発明は、
係る新規な光酸発生剤を用いる化学増幅レジスト組成
物、より具体的には、解像性に優れ、かつパターンエッ
ジラフネスが低減されたレジスト組成物を提供すること
である。
を解決するため鋭意研究を進め、種々の新規な構造のス
ルホニウム塩化合物を創出し、その特性を調べたとこ
ろ、一般式(I)で示されるスルホニウム塩化合物から
選ばれる少なくとも1種のスルホニウム塩化合物と、一
般式(II)で表されるスルホニウム塩化合物から選ばれ
る少なくとも1種のスルホニウム塩化合物を含む光酸発
生剤は、光反応効率(光酸発生効率)が高く、波長22
0nm以下の紫外光に対する透明性にも優れ、かつ本光
酸発生剤を含有する化学増幅レジストは、解像性に優
れ、レジストパターンのラインエッジラフネスが低減さ
れたものであることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
一般式(I):
状、単環式、または橋かけ環式のアルキル基、あるい
は、飽和炭素骨格を有して互いにつながり環を形成した
基、または互いにつながり環を形成したオキソアルキレ
ン基を表し、R3、R4、R5、およびR6は、それぞれ独
立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキ
ル基、またはアルコキシ基を表し、Xは―CH2―、−
C2H4−、または−OCH2−を表し、Y-は対イオン表
す)で表されるスルホニウム塩化合物から選ばれる少な
くとも1種のスルホニウム塩化合物と、一般式(II):
ン基を表し、R8はオキソ基を有する直鎖状、分枝状、
単環式、多環式あるいは橋かけ環式のアルキル基、また
は直鎖状、分枝状、単環式、多環式あるいは橋かけ環式
のアルキル基を表し、R7、R8の少なくとも一方は、オ
キソ基を有するものとし、Y-、は対イオン表す)で表
されるスルホニウム塩化合物から選ばれる少なくとも1
種のスルホニウム塩化合物を含む光酸発生剤を提供す
る。
剤において、Y-で表される対イオンが、下記一般式(I
II): CmF2m+1SO3 - (III) (式中、mは1〜9の正の整数を表す)で示されるパー
フルオロアルキルスルホナート イオン、下記一般式
(IV): CkH2k+1SO3 - (IV) (式中、kは1〜9の正の整数を表す)で示されるアル
キルスルホナート イオン、ベンゼンスルホナート イ
オン、アルキルベンゼンスルホナート イオン、カンフ
ァースルホナート イオン、フッ素置換ベンゼンスルホ
ナート イオン、フッ素置換アルキルベンゼンスルホナ
ート イオン、BF4 -、AsF6 -,SbF 6 -,PF6 -、
Br-、I-を含む群から選択される陰イオン種である光
酸発生剤を提供する。
基が分解しアルカリ水溶液への溶解度が増大する樹脂
と、露光により酸を発生する光酸発生剤を含むポジ型化
学増幅レジスト組成物であって、前記光酸発生剤とし
て、請求項1または2に記載の光酸発生剤を用いるポジ
型化学増幅レジスト組成物を提供する。また請求項4
は、酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解度が減少す
る樹脂と、露光により酸を発生する光酸発生剤を含むネ
ガ型化学増幅レジスト組成物であって、前記光酸発生剤
として、請求項1または2に記載の光酸発生剤を用いる
ネガ型化学増幅レジスト組成物を提供する。
として、波長130〜220nmの範囲から選択するパ
ターン形成方法であって、パターン形成を行う被加工基
板上に、請求項3に記載のポジ型レジスト組成物または
請求項4に記載のネガ型レジスト組成物を塗布する工
程、前記レジスト組成物を塗布して得られた皮膜に、前
記露光光を用いて、所望のパターンを露光する工程、露
光後に、前記レジスト組成物の塗布皮膜にベーク処理を
施す工程、および、ベーク処理を施した前記レジスト組
成物の塗布皮膜に、現像処理を施す工程を含むパターン
形成方法を提供する。
形成方法において、前記露光光として、ArFエキシマ
レーザ光を用いるパターン形成方法を提供する。また請
求項7は、請求項5記載のパターン形成方法において、
前記露光光として、F2エキシマレーザ光を用いるパタ
ーン形成方法を提供する。
R2は、各々独立して、直鎖状、分枝状、単環式、ある
いは橋かけ環式のアルキル基を表し、より具体的には、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル、n
−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基等の直
鎖状のアルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、te
rt−ブチル基などの分枝状のアルキル基、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオ
クチル基などの単環式のシクロアルキル基、ノルボルニ
ル基、イソボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデ
シル基、テトラシクロドデシル基などの橋かけ環式のア
ルキル基などを表す。また、R1、R2は、互いに結合し
て環を形成していても良く、この場合、上記炭素骨格を
含む二価の基:−R1−R2−、例えば、テトラメチレン
基、ペンタメチレン基などのアルキレン基、2−オキソ
テトラメチレン基、3−オキソペンタメチレン基などの
オキソ置換アルキレン基などであることができる。
ン−2−イル基、1−テトラロン−2−イル基、または
4−クロマノン−2−イル基上のR3〜R6は、各々、水
素原子、ハロゲン原子、例えば、フッ素原子、塩素原
子、臭素原子、ヨウ素原子等、炭素数1〜4のアルキル
基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イ
ソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブ
チル基等、アルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキ
シ基、ブトキシ基等を表す。
キレン基またはオキソ基を有するアルキレン基を表す。
R7の具体例としては、プロピレン基、ブチレン基、ペ
ンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オキソプロ
ピレン基、オキソブチレン基、オキソペンチレン基、オ
キソヘキシレン基、オキソヘプチレン基等が挙げられ
る。
8は、オキソ基を有する直鎖状、分岐状、単環式、ある
いは橋かけ環式のアルキル基、または直鎖状、分岐状、
単環式、あるいは橋かけ環式のアルキル基を表す。
式、あるいは橋かけ環式のアルキル基の具体例として
は、2-オキソ-プロピル基、2-オキソ-ブチル基、2-オキ
ソ-3-メチル-ブチル基、2-オキソ-3,3-ジメチル-ブチル
基、2-オキソ-ペンチル基、2-オキソ-3-メチル-ペンチ
ル基、2-オキソ-3,3-ジメチル-ペンチル基、2-オキソ-4
-メチル-ペンチル基、2-オキソ-4,4-ジメチル-ペンチル
基、2-オキソ-3-エチル-ペンチル基、2-オキソ-3,3-ジ
エチル-ペンチル基、2-オキソ-4-メチル-4-エチル-ペン
チル基、2-オキソ-ヘキシル基、2-オキソ-3-メチル-ヘ
キシル基、2-オキソ-3,3-ジメチル-ヘキシル基、2-オキ
ソ-4,4-ジメチル-ヘキシル基、2-オキソ-5,5-ジメチル-
ヘキシル基、2-オキソ-3-エチル-ヘキシル基、2-オキソ
-4-エチル-ヘキシル基、2-オキソ-ヘプチル基、2-オキ
ソ-3-メチル-ヘプチル基、2-オキソ-4-メチル-ヘプチル
基、2-オキソ-5-メチル-ヘプチル基、2-オキソ-6-メチ
ル-ヘプチル基、2-オキソ-6,6-ジメチル-ヘプチル基、2
-オキソ-3-エチル-ヘプチル基、2-オキソ-4-エチル-ヘ
プチル基、2-オキソ-5-エチル-ヘプチル基、2-オキソ-3
-プロピル-ヘプチル基、2-オキソ-4-プロピル-ヘプチル
基、2-オキソ-オクチル基、2-オキソ-3-メチル-オクチ
ル基、2-オキソ-4-メチル-オクチル基、2-オキソ-5-メ
チル-オクチル基、2-オキソ-6-メチル-オクチル基、2-
オキソ-7-メチル-オクチル基、2-オキソ-7,7-ジメチル-
オクチル基、2-オキソ-3-エチル-オクチル基、2-オキソ
-4-エチル-オクチル基、2-オキソ-5-エチル-オクチル
基、2-オキソ-シクロペンチル基、2-オキソ-シクロヘキ
シル基、2-オキソ-シクロヘプチル基、2-オキソ-シクロ
プロピルメチル基、2-オキソ-メチルシクロヘキシル
基、2-オキソ-シクロヘキシルメチル基、2-オキソ-ノル
ボルニル基、2-オキソ-トリシクロデシル基(特に2-オ
キソ-トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基)、2-オキソ-テ
トラシクロドデシル基(特に2-オキソ-テトラシクロ[4.
4.02,5.17,10]ドデシル基)、2-オキソ-ボルニル基、2-
オキソ-2-シクロヘキシル-エチル基、2-オキソ-2-シク
ロペンチル-エチル基等が挙げられる。
環式のアルキル基の具体例としては、プロピル基、ブチ
ル基、2-メチル-ブチル基、3-メチル-ブチル基、3,3-ジ
メチル-ブチル基、ペンチル基、2-メチル-ペンチル基、
3-メチル-ペンチル基、4-メチル-ペンチル基、4,4-ジメ
チル-ペンチル基、2-エチル-ペンチル基、3-エチル-ペ
ンチル基、ヘキシル基、3-メチル-ヘキシル基、4-メチ
ル-ヘキシル基、5-メチル-ヘキシル基、5,5-ジメチル-
ヘキシル基、2-エチル-ヘキシル基、3-エチル-ヘキシル
基、4-エチル-ヘキシル基、ヘプチル基、2-メチル-ヘプ
チル基、3-メチル-ヘプチル基、4-メチル-ヘプチル基、
5-メチル-ヘプチル基、6-メチル-ヘプチル基、6,6-ジメ
チル-ヘプチル基、2-エチル-ヘプチル基、3-エチル-ヘ
プチル基、4-エチル-ヘプチル基、5-エチル-ヘプチル
基、2-エチル-ヘプチル基、3-エチル-ヘプチル基、4-プ
ロピル-ヘプチル基、オクチル基、2-メチル-オクチル
基、3-メチル-オクチル基、4-メチル-オクチル基、5-メ
チル-オクチル基、6-メチル-オクチル基、7-メチル-オ
クチル基、7,7-ジメチル-オクチル基、2-エチル-オクチ
ル基、3-エチル-オクチル基、4-エチル-オクチル基、5-
エチル-オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシ
ル基、シクロヘプチル基、シクロプロピルメチル基、メ
チルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノル
ボルニル基、トリシクロデシル基(特にトリシクロ[5.
2.1.02,6]デシル基)、アダマンチル基、ボルニル基、
テトラシクロドデシル基(特にテトラシクロ[4.4.02,5.
17,10]ドデシル基)等が挙げられる。ただし、上記
R7、R8で表される基の少なくとも一方は、オキソ基を
有するものとする。
Y-は対イオンを表し、具体的には、一般式(III): CmF2m+1SO3 - (III) (式中、mは1〜9の正の整数を表す)で示されるパー
フルオロアルキルスルホナート イオン、例えば、CF
3SO3 -(トリフルオロメタンスルホナート イオ
ン)、C4F9SO3 -(ノナフルオロブタンスルホナート
イオン)、C8F17SO3 -(ヘプタデカフルオロオク
タンスルホナート イオン)等、一般式(IV): CkH2k+1SO3 - (IV) (式中、kは1〜9の正の整数を表す)で示されるアル
キルスルホナート イオン、例えば、CH3SO3 -(メ
タンスルホナート イオン)、C2H5SO3 -(エタンス
ルホナート イオン)、C8H17SO3 -(1−オクタン
スルホナート イオン)、C9H19SO3 -(1−ノナン
スルホナート イオン)等、カンファースルホナート
イオン、ベンゼンスルホナート イオン、アルキルベン
ゼンスルホナート イオン、例えば、p−トルエンスル
ホナートイオン、キシレンスルホナート イオン等、フ
ッ素置換ベンゼンスルホナートイオン、例えば、4−フ
ルオロベンゼンスルホナート イオン、ペンタフルオロ
ベンゼンスルホナート イオン等、フッ素置換アルキル
ベンゼンスルホナートイオン、例えば、4−トリフルオ
ロメチルベンゼンスルホナート イオン、3,5−ビス
(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホナート イオン
等、フッ化物イオン、例えば、BF4 -(テトラフルオロ
ボラート イオン)、AsF6 -(ヘキサフルオロアルセ
ナート イオン)、SbF6 -(ヘキサフルオロアンチモ
ナートイオン)、PF6 -(ヘキサフルオロホスファート
イオン)等、またはハロゲン化物イオン、例えば、B
r-(臭化物イオン)、I-(ヨウ化物イオン)等を表
す。
で表されるスルホニウム塩化合物と上記一般式(II)で
表されるスルホニウム塩化合物を含むものであり、両者
の配合割合は、通常、1:9〜9:1程度であることが
好ましい。
ジスト組成物であって、上記光酸発生剤、レジストに用
いる樹脂、及びこれらを溶解する溶剤を含む、ポジ型レ
ジスト組成物、またはネガ型レジスト組成物である。
は、レジスト組成物中に含まれる溶剤を除く全構成成分
100重量部中、0.2〜30重量部、好ましくは1〜
15重量部の割合で含有させるのが望ましい。この割合
が、0.2重量部、より好ましくは1重量部以上では、
十分な感度が得られ、パタ−ンの形成が容易となる。ま
た30重量部以下、より好ましくは15重量部以下であ
ると、均一な塗布膜の形成が容易になり、さらに現像後
には残さ(スカム)が発生しにくくなる。
いられるレジスト樹脂として、露光波長、具体的には2
20nm以下の遠紫外から真空紫外の領域の光に対して
高透明であり、且つ酸の作用によりアルカリ現像液に可
溶化する樹脂を、適当に設定して用いることができる。
該樹脂の含有量は、フォトレジスト組成物中に含まれる
溶剤を除く全構成成分100重量部中、通常60〜9
9.8重量部、好ましくは75〜99重量部である。
ましく用いられる樹脂の一例としては、例えば、特開2
000−26446号公報に記載されている2,6−ノ
ルボルナンカルボラクトン基を有する(メタ)アクリレ
ート単位を持つ共重合体、特許第2856116号公報
に記載されている酸分解性基を持つ脂環式(メタ)アク
リレート単位を持つ共重合体、ジャーナル・オブ・フォ
トポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(Jo
urnal of PhotopolymerScie
nce and Technology)10巻、4
号、545〜550頁(1997年)および特開平9−
73173号公報に記載されている2−アルキルアダマ
ンチル(メタ)アクリレート構造単位を持つ共重合体、
ジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・アン
ド・テクノロジー(Journal of Photo
polymer Science and Techn
ology)10巻、3号、511〜520頁(199
7年)およびジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイ
エンス・アンド・テクノロジー(Journalof
Photopolymer Science and
Technology)11巻、3号、481〜488
頁(1998年)に記載されているノルボルネン−無水
マレイン酸交互共重合単位を有する樹脂、ジャーナル・
オブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー(Journal of Photopolyme
r Science and Technology)
12巻、4号、553〜559頁(1999年)に記載
されているテトラシクロドデセン誘導体−無水マレイン
酸交互共重合単位を有する樹脂、ジャーナル・オブ・フ
ォトポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(J
ournal ofPhotopolymer Sci
ence and Technology)11巻、3
号、475〜480頁(1998年)および特開平10
−218941号公報に記載されているポリノルボルネ
ン誘導体、特開平10−111569号公報に記載され
ているノルボルネン誘導体およびテトラシクロドデセン
誘導体の開環メタセシス重合により得られる樹脂、特開
平11−305444号公報に記載されているノルボル
ネン−無水マレイン酸交互共重合単位と2−アルキルア
ダマンチル(メタ)アクリレート構造単位を持つ樹脂、
および特開平11−295894号公報に記載されてい
るラクトン構造を持つ(メタ)アクリレート単位を有す
る共重合体等が挙げられる。なお、上記の高透明性と酸
触媒に対する反応性を有する限り、ここに具体的に示す
ポジ型のレジスト樹脂以外のものも、同じく好適に用い
ることができる。
において用いられるレジスト樹脂として、露光波長、具
体的には220nm以下の遠紫外から真空紫外の領域の
光に対して高透明であり、且つ酸の作用によりアルカリ
現像液に不溶化する樹脂を、適当に設定して用いること
ができる。該レジスト樹脂の含有量は、フォトレジスト
組成物中に含まれる溶剤を除く全構成成分100重量部
中、通常60〜99.8重量部、好ましくは70〜99
重量部である。
ましく用いられる樹脂の一例としては、例えば、ジャー
ナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テ
クノロジー(Journal of Photopol
ymer Scienceand Technolog
y)12巻、3号、487〜492頁(1999年)に
記載されている樹脂などが挙げられる。なお、上記の高
透明性と酸触媒に対する反応性を有する限り、ここに具
体的に示すネガ型のレジスト樹脂以外のものも、同じく
好適に用いることができる。
光部における樹脂の不溶化反応を促進するために、架橋
剤を添加することができる。好ましい架橋剤として、例
えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、1,3,4,6
−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、
1,3−ビス(メトキシメチル)−4,5−ビス(メト
キシメチル)エチレンウレア、1,3−ビス(メトキシ
メチル)ウレア等のユリア・メラミン系架橋剤、及び
2,3−ジヒドロキシ−5−ヒドロキシメチルノルボル
ナン、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3,4,
8(9)−トリヒドロキシトリシクロデカン等の多価ア
ルコール等が挙げられる。好適な架橋剤は、これら例示
するものに限定されるものではない。また、上記架橋剤
は、一種を単独で添加してもよく、あるいは2種類以上
を混合して用いてもよい。
スルホニウム塩化合物や樹脂などに加えて、適量の溶剤
が含まれる。該溶剤としては、上記スルホニウム塩化合
物と樹脂を含む成分を均一に溶解し、また得られたフォ
トレジスト組成物を、スピンコ−ト法などの方法により
塗布して、均一な塗布膜を形成することができる限り、
いかなる有機溶媒でも用いることができる。また、該溶
剤は、一種類の有機溶媒を単独で用いてもよく、2種類
以上を混合して用いても良い。
ば、n−プロピルアルコ−ル、イソプロピルアルコ−
ル、n−ブチルアルコ−ル、tert−ブチルアルコ−
ル、メチルセロソルブアセテ−ト、エチルセロソルブア
セテ−ト、プロピレングリコ−ルモノエチルエ−テルア
セテ−ト、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸2−メトキシ
ブチル、酢酸2−エトキシエチル、ピルビン酸メチル、
ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、
3−メトキシプロピオン酸エチル、N−メチル−2−ピ
ロリジノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シ
クロヘキサノ−ル、メチルエチルケトン、1,4−ジオ
キサン、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチ
レングリコ−ルモノメチルエ−テルアセテ−ト、エチレ
ングリコ−ルモノエチルエ−テル、エチレングリコ−ル
モノイソプロピルエ−テル、ジエチレングリコ−ルモノ
メチルエ−テル、ジエチレングリコ−ルジメチルエ−テ
ル等を用いることができる。
ガ型レジスト組成物には、必要に応じて、溶解阻止剤、
架橋剤、塩基性化合物、界面活性剤、色素、安定剤、塗
布性改良剤、染料などの他の成分を添加することができ
る。
明のポジ型レジスト組成物またはネガ型レジスト組成物
を、スピンコート法等の公知の膜形成方法により、シリ
コン等の被加工基板上に、均一な塗布膜を形成させ、こ
れに、ArFエキシマレーザ光やF2エキシマレーザ光
等の波長130〜220nmの範囲の露光光を用いて露
光させ、次いで、前記レジスト組成物の塗布皮膜にベー
ク処理を施した後、公知の現像方法により現像させて、
マスクパターンをレジスト塗布膜上に転写形成させる方
法である。
該光酸発生剤を用いたレジスト組成物、およびパターン
形成方法について、さらに詳細に説明する。なお、これ
ら実施例は、本発明の好ましい態様であるが、本発明は
これらの例に、限定されるものではない。
おいて、Xがメチレン基(―CH2―)、R1、R2がメ
チル基、R3、R4、R5、およびR6が水素原子、Y-が
トリフルオロメタンスルホナート イオンである化合物
を、下記の手順で合成した。
ノール50mlに溶解した。そこに、メチルメルカプタ
ンナトリウム塩の15%水溶液25mlを滴下し、室温
で3時間撹拌した後、反応混合物を冷水300mlに注
いだ。有機層をエーテル200mlで抽出し、得られた
エーテル層を、塩化ナトリム水溶液、水の順で洗浄し
た。次いで、エーテル層を硫酸マグネシウムで乾燥後、
エーテルを減圧下留去した。残さを、シリカゲルカラム
で分離精製(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=7/1)
することにより、2−(メチルチオ)−1−インダノン
3.2gを得た(収率38%)。
2gを、ニトロメタン10mlに溶解し、そこにヨウ化
メチル14gを加えて、室温で撹拌した。1時間後、ニ
トロメタン60mlに溶解したトリフルオロメタンスル
ホン酸銀2.88gを、滴下した。室温で16時間撹拌
後、析出したヨウ化銀をろ別し、ろ液を減圧下1/3程
度に濃縮した。残さを、エーテル200mlに滴下し、
析出したスルホニウム塩をろ別した。さらにスルホニウ
ム塩をアセトンに溶解し、エーテル中に再沈させた。そ
して酢酸エチル−エタノールから再結晶させるることに
より、上記構造のスルホニウム塩2.95gを得た[収
率:80%、融点:132℃、1H-NMR(THF−d
8):3.14(3H,s)、3.20(3H,s)、
3.74−3.95(2H,m)、4.87−5.02
(1H,m)、7.38−7.85(4H,m)]。
て、Xが―OCH2―、R 1、R2がメチル基、R3、
R4、R5、およびR6が水素原子、Y-がトリフルオロメ
タンスルホナート イオンである化合物を、下記の手順
で合成した。
ohnsonら、J.Am.Chem.Soc.,66
巻、218−220頁(1944年)記載の方法に準じ
て、4−クロマノンから合成した)10.4gを、エタ
ノール42mlに溶解し、そこにメチルメルカプタンナ
トリウム塩の15%水溶液21.3mlを滴下した。室
温で2時間撹拌した後、反応混合物を冷水300mlに
注いだ。有機層をエーテル200mlで抽出し、得られ
たエーテル層を塩化ナトリム水溶液、水の順で洗浄し
た。該エーテル層を硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を
減圧下留去した。残さをシリカゲルカラムで分離精製
(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)することに
より、3−メチルチオ−4−クロマノン1.52gを得
た(収率17%)。
1.48gを、ニトロメタン8mlに溶解した。そこ
に、ヨウ化メチル9.73gを加えて室温で撹拌した。
1時間後、ニトロメタン40mlに溶解したトリフルオ
ロメタンスルホン酸銀1.958gを滴下した。室温で
20時間撹拌後、析出しているヨウ化銀をろ別し、ろ液
を減圧下1/3程度に濃縮した。残さをエーテル200
mlに滴下し、析出したスルホニウム塩をろ別した。さ
らにスルホニウム塩をアセトンに溶解し、エーテル中に
再沈させた。そして酢酸エチル−エタノールから再結晶
させることにより、上記構造のスルホニウム塩1.77
gを得た(収率:65%、融点:113℃)。
て、Xがエチレン基(―C2H4―)、R1、R2がメチル
基、R3、R4、およびR6が水素原子、R5がメトキシ
基、Y-がノナフルオロブタンスルホナート イオンで
ある化合物を、下記の手順で合成した。
テトラロン4.628gをアセトニトリル30mlに溶
解した。そこに、アセトニトリル10mlに溶解したノ
ナフルオロブタンスルホン酸メチル6.54gを、氷冷
下で滴下した。冷蔵庫で一晩放置後、エーテル250m
l中に注ぎ、析出した塩をろ別した。次いで、ろ別した
塩をアセトニトリルに溶解し、エーテル中に再沈させ、
さらにろ別した塩を、酢酸エチル−アセトニトリル混合
溶媒より再結晶させることにより、上記スルホニウム塩
6.33gを得た[収率:57%、融点:143℃、1H
-NMR(アセトン−d6):2.49−2.63(1
H,br)、3.12−3.17(3H,m)、3.2
9(6H,s)、3.93(3H,s)、5.28(1
H,dd)、6.9−7.07(2H,m)、7.96
(1H,d)]。
ソブチル−チアシクロヘキサニウム ブロマイドの合成
を行った。
した。100ml3つ口フラスコ中で、ペンタメチレン
スルフィド4gをアセトン40mlに溶解した。ここ
へ、1−ブロモ−2−ブタノン6gを撹拌しながら滴下
した。24時間静置後、析出した白色結晶をろ集した。
白色結晶を粉末状に砕き、これをエーテルにより洗浄し
た。減圧乾燥機で30℃にて6時間乾燥し、2−オキソ
ブチル−チアシクロヘキサニウム ブロマイド7.2g
を得た(収率72.5%)。
の通りである。なお、NMRは、ブルカー製AMX40
0を用いた。1 H−NMR(CDCl3、内部標準物質:テトラメチル
シラン):δ(ppm)1.11−1.18(t、3
H、−CH3)、1.85−1.91(m、4H、−C
H2−)、2.27−2.39(m、2H、−CH
2−)、2.67−2.81(m、2H、−CH2−)、
3.73−3.86(m、2H、S+−CH2−)、4.
09−4.12(m、2H、S+−CH2−)、5.77
(s、2H、S +−CH2−C(O)−)。 元素分析 C H S 実測値(重量%) 42.69 6.77 12.66 理論値(重量%) 42.50 6.85 12.53 上記理論値は、C9H17BrOS(MW253.19)
に対する計算値である。
ソブチル−チアシクロヘキサニウム トリフルオロメタ
ンスルホナートの合成を行った。
した。300ml三つ口フラスコ中で、合成例4で得ら
れた2−オキソブチル−チアシクロヘキサニウム ブロ
マイド2gを、アセトニトリル10mlに溶解した。こ
こへ、アセトニトリル100mlに溶解したトリフルオ
ロメタンスルホン酸カリウム塩1.5gを、滴下した。
3時間撹拌後、析出した臭化カリウムをろ別し、アセト
ニトリルをエバポレータ−にて減圧留去した。残渣をク
ロロホルムに溶解し、不溶物をろ別した。ろ液のクロロ
ホルムを減圧留去し、残渣(透明粘性液体)を、冷凍庫
にて−20℃で3時間冷却した。透明粘性液体は冷却す
ることにより、白色結晶となった。白色結晶を酢酸エチ
ルにて再結晶させた後、6時間30℃で減圧乾燥するこ
とにより、2−オキソブチル−チアシクロヘキサニウム
トリフルオロメタンスルホナート1.92g得た(収
率:75.4%、融点:51.4℃、熱分解点:21
2.8℃)。
の通りである。1 H−NMR(CDCl3、内部標準物質:テトラメチル
シラン):δ(ppm)1.04−1.11(t、3
H、−CH3)、1.82−1.92(m、4H、−C
H2−)、2.14−2.26(m、2H、−CH
2−)、2.65−2.70(m、2H、−CH2−)、
3.42−3.46(m、2H、S+−CH2−)、3.
42−3.46(m、2H、S+−CH2−)、3.56
−3.59(m、2H、S+−CH2−)、4.89
(S、2H、S+−CH2−C(O)−)。 元素分析 C H S 実測値(重量%) 47.26 5.32 19.89 理論値(重量%) 47.26 5.40 19.99 上記理論値は、C10H17F3O4S2(MW322.3
5)に対する計算値である。
ソブチル−チアシクロヘキサニウム ヘプタデカフルオ
ロオクタスルホナートの合成を行った。
した。トリフルオロメタンスルホン酸カリウム塩1.5
gの代わりにヘプタデカフルオロオクタスルホン酸カリ
ウム塩5.38gを用いた以外は、合成例5と同様の方
法で、2−オキソブチル−チアシクロヘキサニウム ヘ
プタデカフルオロオクタスルホナートの合成実験を行っ
た。その結果、2−オキソブチル−チアシクロヘキサニ
ウム ヘプタデカフルオロオクタスルホナート1.54
gを得た(収率58%)。
の通りである。1 H−NMR(CDCl3、内部標準物質:テトラメチル
シラン):δ(ppm)1.05−1.11(t、3
H、−CH3)、1.82−1.92(m、4H、−C
H2−)、2.24−2.28(m、2H、−CH
2−)、2.66−2.71(m、2H、−CH2−)、
3.48−3.46(m、2H、S+−CH2−)、3.
42−3.62(m、4H、S+−CH2−)、4.99
(S、2H、S+−CH2−C(O)−)。 元素分析 C H S 実測値(重量%) 30.37 2.55 9.54 理論値(重量%) 30.65 2.41 9.88 上記理論値は、C17H17F17O4S2(MW672.4
1)に対する計算値である。
ソ−3,3―ジメチルブチル−チアシクロペンタニウム
ブロマイドの合成を行った。
ドロキシチオフェン2gをアセトン20mlに溶解し
た。ここへ、1−ブロモ−3、3−ジメチル−2−ブタ
ノン4.87gを撹拌しながら滴下した。24時間静置
後、析出した白色結晶をろ集した。白色結晶を粉末状に
砕き、これをエーテルにより洗浄した。減圧乾燥機で3
0℃にて6時間乾燥させることにより、2−オキソ−
3,3―ジメチルブチル−チアシクロペンタニウム ブ
ロマイド5.15gを得た(収率75.0%)。
の通りである。1 H−NMR(CDCl3、内部標準物質:テトラメチル
シラン):δ(ppm)1.28−1.33(t、9
H、−CH3)、2.34−2.41(m、2H、−C
H2−)、2.56−2.63(m、2H、−CH
2−)、2.74−2.81(m、2H、−CH2−)、
3.77−3.88(m、4H、S+−CH2−)、5.
5(s、2H、S+−CH2−C(O)−)。 元素分析 C H S 実測値(重量%) 45.08 7.10 11.95 理論値(重量%) 44.95 7.17 12.00 上記理論値は、C10H19BrOS(MW267.22)
に対する計算値である。
ソ−3,3―ジメチルブチル−チアシクロペンタニウム
ノナフルオロブタンスルホナートの合成を行った。
した。トリフルオロメタンスルホン酸カリウム塩の代わ
りにノナフルオロブタンスルホン酸カリウム塩を、2−
オキソブチル−チアシクロヘキサニウム ブロマイドの
代わりに2−オキソ−3,3―ジメチルブチル−チアシ
クロペンタニウム ブロマイを用いた以外は、合成例5
と同様の方法で合成実験を行った。その結果、2−オキ
ソ−3,3―ジメチルブチル−チアシクロペンタニウム
ノナフルオロブタンスルホナートを得た(収率:52
%、融点:79.5℃)。
テトラメチルシラン):δ(ppm)1.23−1.2
7(t、9H、−CH3)、2.23−2.31(m、
2H、−CH2−)、2.45−2.50(m、2H、
−CH2−)、3.46−3.50(m、2H、S+−C
H2−)、3.63−3.70(m、2H、S+−CH2
−)、4.97(S、2H、S+−CH2−C(O)
−)。 元素分析 C H S 実測値(重量%) 34.45 3.80 13.99 理論値(重量%) 34.57 3.94 13.18 上記理論値は、C14H19F9O4S2(MW486.4
0)に対する計算値を表す。
ホニウム塩3.1mgをアセトニトリル25mlに溶解
し、これを用い光路長1mmの石英セルを利用して、紫
外可視分光光度計(島津製作所製UV−365)を用い
て吸収スペクトルを測定した。測定された吸光度から、
193.4nm(ArF光の波長)に対するモル吸光係
数を求めた。同様にして、合成例2、5、8で得られた
スルホニウム塩、並びに従来光酸発生剤に用いられてい
るトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホ
ナート(TPS)(みどり化学(株)製TPS−10
5)に関しても、モル吸光係数を求めた。
示すように本発明に用いられるスルホニウム塩化合物
は、従来のトリフェニルスルホニウム塩に比べ、ArF
光に対する吸収が小さく、透明性に優れていることが示
された。
価) 下記の組成からなるレジストを調製した; (a)下記構造の樹脂:2g(式中、tBuはtert
−ブチル基を示す)、
g、および (c)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート:11.5g。
録商標)フィルターを用いてろ過し、レジストを調製し
た。8インチシリコン基板上に、有機反射防止膜(Br
ewer社製DUV−30J)を0.1μm厚に塗布し
た基板上に、上記レジストをスピンコート塗布した後、
110℃1分間ホットプレート上でベークし、膜厚0.
4μmの薄膜を形成させた。次いで、ArF縮小露光装
置(ニコン製、NA=0.6)を用いて露光した。その
後すぐさま130℃、60秒間ホットプレ−ト上でベ−
クし、液温23℃の2.38%TMAH[(CH3)4N
OH]水溶液を用いて、60秒間浸漬法による現像を行
い、続けて60秒間、純水でリンス処理を各々行った。
その結果、レジスト膜の露光部分のみが現像液に溶解除
去され、ポジ型のパタ−ンが得られた。
電子顕微鏡を用いて観察し、パターン壁面の平滑性を評
価した。比較例3よりも滑らかになっているものを○、
変化の無いものを△として判断した。以下の表2に、感
度、解像度、およびレジストパターン側壁の平滑性につ
いての結果を示す。表2に示す結果から、本発明の光酸
発生剤を用いたポジ型レジスト組成物は、優れた解像特
性を有し、側壁のラフネスが低減された優れたパターン
形状を有することが示された。
グ評価)下記の組成からなるレジストを調製した; (a)下記構造の樹脂:2g、
g、 (c)2,3−ジヒドロキシ−5−ヒドロキシメチルノ
ルボルナン:0.3g、および、 (d)乳酸エチル:11.5g。
ターを用いてろ過し、レジストを調製した。8インチシ
リコン基板上に上記レジストをスピンコート塗布し、8
0℃1分間ホットプレート上でベークし、膜厚0.4μ
mの薄膜を形成した。そしてArF縮小露光装置(ニコ
ン製、NA=0.6)を用いて露光した。その後すぐさ
ま130℃、60秒間ホットプレ−ト上でベ−クした
後、液温23℃の2.38%TMAH[(CH3)4NO
H]水溶液を用いて、60秒間浸漬法による現像を行っ
た。続けて、60秒間、純水でリンス処理を、各々行っ
た。この結果、レジスト膜の未露光部分のみが現像液に
溶解除去され、ネガ型のパタ−ンが得られた。
電子顕微鏡を用いて観察し、パターン壁面の平滑性を評
価した。比較例3よりも滑らかになっているものを○、
変化の無いものを△として判断した。表3に感度、およ
び解像度、レジストパターン側壁の平滑性についての結
果を示す。
を用いたネガ型レジスト組成物は、優れた解像特性を有
し、側壁のラフネスが低減された優れたパターン形状を
有することが分かった。
生剤にあっては、透明性に優れ、また光反応効率(光酸
発生効率)が高いものであり、該光酸発生剤を用いたレ
ジスト組成物にあっては、感度、解像度に優れたもので
ある。また、該レジスト組成物を用いて形成されたレジ
ストパターンの側壁は、ラフネスが低減されており、半
導体素子製造に必要な微細パターン形成が可能なもので
ある。
Claims (7)
- 【請求項1】 一般式(I): 【化1】 (式中、R1、R2は、それぞれ独立に、直鎖状、分枝
状、単環式、または橋かけ環式のアルキル基、あるい
は、飽和炭素骨格を有して互いにつながり環を形成した
基、または互いにつながり環を形成したオキソアルキレ
ン基を表し、R3、R4、R5、およびR6は、それぞれ独
立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキ
ル基、またはアルコキシ基を表し、Xは―CH2―、−
C2H4−、または−OCH2−を表し、Y-は対イオン表
す)で表されるスルホニウム塩化合物から選ばれる少な
くとも1種のスルホニウム塩化合物と、一般式(II): 【化2】 (式中、R7はアルキレン基または2−オキソアルキレ
ン基を表し、R8はオキソ基を有する直鎖状、分枝状、
単環式、多環式あるいは橋かけ環式のアルキル基、また
は直鎖状、分枝状、単環式、多環式あるいは橋かけ環式
のアルキル基を表し、R7、R8の少なくとも一方は、オ
キソ基を有するものとし、Y-、は対イオン表す)で表
されるスルホニウム塩化合物から選ばれる少なくとも1
種のスルホニウム塩化合物を含むことを特徴とする光酸
発生剤。 - 【請求項2】 前記Y-で表される対イオンが、下記一
般式(III): CmF2m+1SO3 - (III) (式中、mは1〜9の正の整数を表す)で示されるパー
フルオロアルキルスルホナート イオン、下記一般式
(IV): CkH2k+1SO3 - (IV) (式中、kは1〜9の正の整数を表す)で示されるアル
キルスルホナート イオン、ベンゼンスルホナート イ
オン、アルキルベンゼンスルホナート イオン、カンフ
ァースルホナート イオン、フッ素置換ベンゼンスルホ
ナート イオン、フッ素置換アルキルベンゼンスルホナ
ート イオン、BF4 -、AsF6 -,SbF 6 -,PF6 -、
Br-、I-を含む群から選択される陰イオン種であるこ
とを特徴とする請求項1記載の光酸発生剤。 - 【請求項3】 酸の作用により酸分解性基が分解しアル
カリ水溶液への溶解度が増大する樹脂と、露光により酸
を発生する光酸発生剤を含むポジ型化学増幅レジスト組
成物であって、前記光酸発生剤として、請求項1または
2に記載の光酸発生剤を用いることを特徴とするポジ型
化学増幅レジスト組成物。 - 【請求項4】 酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解
度が減少する樹脂と、露光により酸を発生する光酸発生
剤を含むネガ型化学増幅レジスト組成物であって、前記
光酸発生剤として、請求項1または2に記載の光酸発生
剤を用いることを特徴とするネガ型化学増幅レジスト組
成物。 - 【請求項5】 レジスト組成物の露光光として、波長1
30〜220nmの範囲から選択するパターン形成方法
であって、 パターン形成を行う被加工基板上に、請求項3に記載の
ポジ型レジスト組成物または請求項4に記載のネガ型レ
ジスト組成物を塗布する工程、 前記レジスト組成物を塗布して得られた皮膜に、前記露
光光を用いて、所望のパターンを露光する工程、 露光後に、前記レジスト組成物の塗布皮膜にベーク処理
を施す工程、および、 ベーク処理を施した前記レジスト組成物の塗布皮膜に、
現像処理を施す工程を含むことを特徴とするパターン形
成方法。 - 【請求項6】 前記露光光として、ArFエキシマレー
ザ光を用いることを特徴とする請求項5記載のパターン
形成方法。 - 【請求項7】 前記露光光として、F2エキシマレーザ
光を用いることを特徴とする請求項5記載のパターン形
成方法。
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